帕金森病因及PARK 基因的研究進展

呂夢圓，劉爽

（1. 濰坊醫學院臨床醫學院，山東 濰坊 261053；2. 濟南市中心醫院，山東 濟南 250000)

0 引言

帕金森病(PD)是第二常見的神經系統退行性疾病,1817年由James Parkinson 首先提出[1]。病理改變主要是黑質多巴胺能神經元的變性壞死以及嗜酸性包涵體-Lewy 小體的形成。主要表現為靜止性震顫、行動遲緩、肌強直和姿勢平衡障礙，以及睡眠障礙、自主神經功能紊亂、精神障礙等非運動癥狀。200 多年來關于PD 的研究層出不窮，其病因和發病機制復雜多樣，發病可能與年齡老化、環境因素以及遺傳、線粒體功能缺陷、氧化應激、蛋白質構象改變等有關。目前PD 的治療主要為多巴胺的替代療法，對改善帕金森癥狀有一定的作用，但并不能終止疾病的進展，遠期療效不理想，且后期常有運動并發癥尤其是異動癥。據估測全球PD 患者將于2040年前增加1 倍，總體患病人數將超過1400 萬例[2]，而我國PD 患者幾乎占到全球帕金森病人數的1/2，這表明PD 將會給社會帶來巨大的經濟壓力。隨著分子生物學的發展，遺傳因素對于攻克帕金森病的重要性不言而喻。接下來我將針對PARK 基因家族進行一個綜述。

1 帕金森的病因

1.1 年齡老化

帕金森病多見于中老年人，少見于40 歲以前發病者，其患病率約占總人口的0.3%，并且隨著年齡的增長，患病率也明顯上升，在50 歲到80 歲之間患病率可升高10 倍[3]。流行病學調查顯示歐美國家60 歲以上的患病率達到1%，大于80 歲可達4%[4]。對北京、上海、西安的居民的一個PD 橫斷面流行病學研究，估測我國65 歲及以上人群的患病率為女性1.6%，男性1.7%，與歐美國家差異不大[5]。帕金森病與年齡老化有關， 估計多巴胺水平每10年下降10%-13%[6]，研究發現30 歲以后DA 能神經元和多巴胺遞質逐年減少，酪氨酸羥化酶（TH）和多巴脫羧酶（DDC）活力也越來越低，多巴胺受體的密度也逐漸降低[7]。但正常人并不會出現帕金森癥狀，只有當DA 能神經元減少達50%，多巴胺遞質減少達80%才會出現這些癥狀，說明年齡老化并不是PD 的直接致病因素。

1.2 環境或生活習慣因素

20 世紀80年代初發現神經毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6- 四氫吡啶(MPTP) 可誘發帕金森癥狀，可以透過血腦屏障進入神經膠質細胞，被分離到突觸囊泡里或者在線粒體內堆積，抑制線粒體復合物Ⅰ功能并耗盡儲存的神經元ATP，引起多巴胺能神經元的死亡，出現帕金森樣病理改變。帕金森的發病與農村生活、農業、井水消耗以及除草劑、殺蟲劑的使用等危險因素也有關。

1.3 遺傳

20 世紀90年代后期人們在意大利、希臘和德國的個別家族性PD 患者中發現a 突觸核蛋白基因的突變，編碼的蛋白構成Lewy小體的主要成分[8]，呈常染色體顯性遺傳。目前，全基因組關聯研究（GWAS）已經明確了90個相關的獨立風險變異[9]，已發現20 多種帕金森病相關基因。

2 發病機制

2.1 氧化應激

氧化應激是由體內氧化與抗氧化失衡所導致的，處于氧化應激狀態神經細胞產生過多的活性氧自由基（ROS）,ROS 可以使細胞膜發生脂質過氧化，對DNA 及蛋白質產生氧化損傷，最終導致多DA 能神經元的死亡，是DA 神經元退行性病變的重要驅動因素。而幸存的多巴胺能神經元，代償合成更多的多巴胺，并進一步提高其代謝和更新的速率，產生更多的氧自由基，形成惡性循環。

2.2 線粒體功能障礙

線粒體是細胞進行氧化和能量轉換的關鍵場所，生成ROS，并參與氧化應激，調控細胞凋亡程序。一般來說，線粒體內的超氧化物歧化酶以及谷胱甘肽可以清除氧自由基，避免對神經元細胞的損傷，減少神經元變性壞死。腦神經元細胞耗氧量大且對低氧的耐受性低，線粒體呼吸鏈復合體I 功能缺陷、突變的線粒體DNA 異常聚積等是誘發PD患者體內大量活性氧產生的主要原因之一。研究發現，DJ-1、Parkin、PINK1、α-Syn 基因等與衰老有關的致病突變與線粒體功能障礙密切相關[10]。

2.3 炎癥/免疫反應

中樞神經系統的神經炎癥主要由小膠質細胞介導，小膠質細胞屬于中樞神經系統免疫細胞，相當于外周巨噬細胞的免疫炎癥反應。McGeer 等[11]在已故PD 患者的大腦黑質中發現激活的小膠質細胞和浸潤的淋巴細胞更加支持這一說法。隨后的研究也證實，神經炎癥與PD 發病有關，PD 患者的血液、腦脊液中促炎及抗炎細胞因子的水平均較正常增高[12]。

2.4 興奮性毒性

目前認為帕金森發病與紋狀體內多巴胺和乙酰膽堿的平衡失調有關，興奮性遞質谷氨酸（Glu）和抑制性遞質γ-氨基丁酸GABA 關系失衡導致黑質致密部神經興奮性毒性升高，多巴胺能神經元變性壞死。

2.5 鈣穩態失衡

細胞內鈣穩態在生物體內十分重要，在神經元細胞中同樣發揮重要作用。神經元對鈣離子水平變化極其敏感，黑質致密部的多巴胺能神經元的Ca2+通過細胞膜上的鈣離子通道和相關轉運蛋白進入細胞內，在線粒體內快速堆積導致鈣超載，破壞細胞的穩態，造成線粒體損傷。

2.6 蛋白質錯誤折疊和聚集

目前發現，帕金森相關致病基因突變導致了蛋白質的錯誤折疊,蛋白質構象發生改變。PD 患者大腦黑質神經元的細胞質中觀察到路易小體，錯誤折疊的α-syn 是路易小體的主要成分。

3 帕金森相關基因（PARK 基因）

3.1 PARK1/4 (SNCA)

SNCA 編碼一種由140 個氨基酸組成的突觸核蛋白，是一種天然未折疊的可溶性蛋白[13]，是lewy 小體的主要成分。SNCA 是最早發現的與PD 發病密切相關的常染色體顯性遺傳基因，位于4q21～q23，編碼α- 突觸核蛋白，有Ala53Thr, Ala30Pro 等5 種致病突變類型[14]。SNCA 基因具有多態性，是等位基因的變異，雖并不一定影響基因的功能，但可借以作為區別個體的標志。SNCA基因突變分引起蛋白質空間構象的改變，失去原有的α 螺旋結構，成為β 片層結構，導致α-突觸核蛋白無法正常降解，最終形成路易小體，并導致神經元變性[15]。了解SNCA 基因突變的具體情況，對探索治療帕金森的治療新途徑至關重要。SNCA突變相關的PD 發病年齡早，進展快，癡呆發病率高,臨床表現除了靜止性震顫、行動遲緩、肌強直等典型運動癥狀外，常合并有錐體系損害、共濟失調以及其他神經癥狀等非典型PD 癥狀。

3.2 PARK2（PARKIN）

PARKIN 基因最先在日本的一個青少年型PD家系中發現[16]，是常染色體隱性遺傳性PD 的致病基因，定位于染色體6q25，編碼PARKIN 蛋白，該蛋白具有E3 泛素-蛋白連接酶活性，有助于蛋白酶體降解異常蛋白而避免推積，在維持多巴胺能神經元的正常功能中發揮重要作用。PARKIN 基因有Dex3-7del、ex4del 等致病突變，Parkin 蛋白功能障礙，泛素化過程無法完成，細胞內蛋白異常聚集，DA 能神經元細胞死亡。PARKIN 基因突變所致PD 患者發病年齡早，多小于40 歲，首發癥狀多為步態異常，癥狀有晝夜波動，病情進展慢，病程長，對左旋多巴敏感，易出現左旋多巴誘導的運動并發癥，一般應延遲左旋多巴的使用。

3.3 PARK3

PARK3 基因目前研究較少。1998年，Gasser等在歐洲7 個AD-PD 家系的研究中發現了一個PD 易感基因PARK3，并將相關的致病基因定位于2p13 上。目前發現的可能與PD 發病相關病定位于2p13 的基因有編碼氨基酸轉運體(ASCT1)和轉化生長因子α(TGF-α)的基因。TGF-α 不足可能增加多巴胺能神經元對氧化應激等有害刺激的風險引起帕金森病。

3.4 PARK5(UCHL1）

泛素C-末端水解酶L1（UCH-L1）是腦內含量豐富的蛋白，路易小體中也存在，定位于染色體4P16[17]。UCH-L1 基因突變為常染色體顯性遺傳，較為少見，最早在一個德國家庭中一對具有典型PD 特征的的子女身上得到確證。目前，與帕金森病相關的UCHL1 錯義突變有E7A、S18Y、I93M、R178Q 和A216D。突變的UCH-L1 活性降低，泛素回收減少, 使過多的α-突觸核蛋白不能泛素化降解解而聚集形成lewy 小體，最終導致PD。該突變較少見。

3.5 PARK6（PINK1）

PINK1 基因為常染色體隱性遺傳，位于1p36，編碼PINK1 蛋白[18]。PINK1 蛋白為線粒體蛋白激酶，參與多種線粒體功能，可能調節線粒體對氧化應激的反應，保護多DA 能神經元。PINK1 有GLY309Asp、Trp437Ter 等致病突變類型，PINK1基因突變可引起線粒體呼吸鏈功能障礙和氧化應激，導致多巴胺能神經元變性。PINK1 基因突變所致PD 發病年齡早，病程長，病情進展緩慢，典型的運動癥狀較輕，小劑量多巴胺反應良好，但易出現多巴胺誘導的運動并發癥。

3.6 PARK7(DJ-1)

DJ-1 編碼由189 個氨基酸組成的DJ-1 蛋白[19]，是一種非典型的過氧化物酶，保護線粒體抗氧化應激，調控細胞凋亡，保護多巴胺能神經元。目前DJ-1 已被發現14-kbdel、Leu166pro 等10 多種突變，突變可致抗氧化應激作用下降，ROS 增加，引起線粒體功能障礙，最終患PD。該突變所致PD發病年齡早，癥狀進展緩慢，臨床表現多不對稱，精神障礙癥狀突出。

3.7 PARK8（LRRK2）

LRRK2 基因呈常染色體顯性遺傳，多引起晚發型帕金森病。LRRK2 基因定位于12p12，編碼LRRK2/dardarin 蛋白，是ROCO 蛋白家族的一員[19]，在邊緣系統中高度表達，參與情緒調控和認知功能。LRRK2 基因突變可引起LRRK2 蛋白的激酶活性上升，在其自身磷酸化或底物磷酸化后從而發揮神經元毒性作用，損傷多巴胺神經元。LRRK2 基因突變所致PD 發病年齡較晚,進展較緩慢，有不對稱發作的典型帕金森運動癥狀，多巴制劑療效良好。

3.8 PARK9（ATP13A2）

ATP13A2 基因為常染色體隱性遺傳，最早在約旦的一個PD 家系中發現，基因定位于1p36，編碼溶酶體蛋白-ATP13A2 蛋白[20]，該蛋白中有ATP結構域，主要存在于黑質中，在線粒體生物能量學和自噬溶酶體途徑中發揮作用，參與清除SNCA 聚集的溶酶體降解途徑。ATP13A2 基因突變導致溶酶體功能以及線粒體功能障礙，導致a-突觸核蛋白異常聚集，氧自由基推積，引起多巴胺神經元的死亡，誘導PD 的發病。ATP13A2 基因突變相關帕金森病多為青少年發病，進展快，對左旋多巴敏感。多以認知功能障礙為首要表現，逐漸出現進行性核上性麻痹、錐體征和肌張力障礙，較少表現為靜止性震顫。

3.9 PARK10

PARK 少見，目前相關研究較少。Hicks 等[21]調查50年來冰島人群為基礎的全面的譜系數據庫，用基因組掃描的方法篩選得到的遲發性PD 有關基因,并命名為PARK10，常染色體顯性遺傳，定位于1p32，泛素特異性蛋白酶 24(USP24) 基因位于 PARK10 的易感位點，可以將多聚泛素從靶蛋白上移走，防止靶蛋白被蛋白酶降解。

3.10 PARK11（GIGYF2）

GIGYF2 基因定位于2q36-37，常染色體顯性遺傳，可能為遲發家族性PD 的致病基因，目前對于GIGYF2 的研究較少，具體功能尚不明確對于是否為帕金森病的致病基因仍有爭議。

3.11 PARK12

目前研究較少，染色體定位于Xq21-q25，其遺傳類型為伴性遺傳(XL)。

3.12 PARK13(HTRA2)

HTRA2 基因定位于染色體2P13，編碼一種線粒體蛋白，具有線粒體絲氨酸蛋白酶活性[22]，受到各種因素刺激時，HTRA2 釋放到線粒體基質中，作用于凋亡和自噬信號通路，調節細胞凋亡，主要與遲發性PD 有關。HTRA2 基因缺失可能誘導ROS的產生，引起線粒體的功能障礙，最終導致PD。

3.13 PARK14（PLA2G6）

PLA2G6 基因定位于22q13.1，常染色體隱性遺傳，編碼PLA2G6 蛋白，是一種鈣依賴型磷脂酶A2[23]，參與維持線粒體功能，維持細胞膜的穩態，避免神經元損害，可能與遲發性PD 有關。PLA2G6基因突變可能減少對線粒體的保護功能，不能抵抗氧化應激的損傷，α 突觸核蛋白的異常聚集，導致神經元變性，引起帕金森病。主要特征是年輕起病，早期即有小腦體征和遲發性帕金森綜合征。

3.14 PARK15（FBXO7）

FBXO7 基因為常染色體隱性遺傳，定位于22q12.3，編碼FBXO7 家族蛋白，參與泛素-蛋白酶體蛋白降解過程，保護線粒體功能[24]。FBXO7基因突變導致泛素蛋白酶體在線粒體中異常堆積，引起線粒體的損傷，導致多巴胺神經元的死亡。主要特征是青少年起病，常伴有錐體束癥狀，呈進行性發展。

3.15 PARK16

PARK 基因，研究較少，染色體定位于1q32，遺傳方式暫不明確，日本人、歐洲人均有發現。

3.16 PARK17(GAK/VPS35)

VPS35 基因常染色體顯性遺傳，定位于16q11.2，編碼一個細胞周期調節蛋白，參與線粒體來源小泡的形成，以降解線粒體蛋白。VPS35 突變如何引起PD 尚不明確，可能與引起線粒體功能障礙有關，導致多巴胺能神經元凋亡[25]。該突變所致帕金森病除發病年齡較早外，其他癥狀與原發性帕金森病無異。

3.17 PARK18（EIF4G1）

EIF4G1 基因定位于3q27.1，呈常染色體顯性遺傳，是多亞基翻譯起始復合物的核心支架，有助于調控編碼線粒體的mRNA 翻譯起始過程，有利于抵抗各種應激，EIF4G1 基因突變于2011年在一個全基因組連鎖分析中首次被發現參與帕金森病晚發型和Lewy 小體的病理[26]，但目前與帕金森發病的關系仍不明確，EIF4G1 突變影響mRNA 翻譯起始，損傷線粒體，易受各種應激的侵襲，導致多巴胺能神經元的凋亡，可能引起帕金森病。

3.18 PARK19（DNAJC6）

DNAJC16 基因定位于1p31.3，編碼HSP40 auxilin，一種在神經元中選擇性表達的蛋白，在非神經元細胞中協同伴侶蛋白hsc70 介導的脫膜活性，參與網格蛋白的脫膜過程，調節蛋白質折疊和構象變化以維持神經元的完整性，為常染色體隱性遺傳，與早發型帕金森病相關。2012年Simon Edvardson 等[27]報道通過對純合子定位和全外顯子組測序，在青少年PD 患者中發現DNAJC6 的有害突變，網格蛋白異常堆積，導致突觸小泡循環受損和網格蛋白介導的內吞作用紊亂，可能導致中樞神經退行性變。該突變型帕金森病發病時的癥狀多種多樣，對左旋多巴的良好反應。

3.19 PARK20 (SYNJ1)

SYNJ1 基因定位于21q22.11，常染色體隱性遺傳，編碼synaptojanin 1 蛋白，一種磷脂肌苷磷酸酶蛋白，在胞吞過程中脫膜網格蛋白包被的突觸囊泡過程中，SYNJ1 基因是DNAJC6 的功能伙伴。Marialuisa Quadri 等于2013年通過純合子定位和外顯子組測序，在意大利一個患有帕金森病、肌張力障礙和認知功能減退的血親家庭中發現SYNJ1突變[28]，該突變改變了內溶酶體通路，導致突觸囊泡循環缺陷，最終引起神經元變性，引起早發型PD。該疾病具有非典型特征，包括癲癇、肌張力障礙、和癡呆，功能缺失。

3.20 PARK21（DNAJC13）

DNAJC13 定位于3q22，常染色體顯性遺傳，含有一種帶有adnaj 結構域的蛋白，調控早期核內體上網格蛋白外殼的動力學。發現于一個具有荷蘭-德國-俄羅斯血統的門諾派家族，其中13 名家族成員被診斷為PD[29]，通過協調逆轉錄酶和核內體網格蛋白涂層來發揮作用的，其突變易引起家族性、遲發性路易體帕金森病。

3.21 PARK22（CHCHD2）

CHCHD2 基因，定位于7p11.2，呈常染色體顯性遺傳，編碼一種結合和激活線粒體呼吸鏈蛋白的轉錄因子，是線粒體介導凋亡的負調節因子，CHCHD2 基因突變可引起線粒體功能障礙，致使氧化應激過度、多巴胺能神經元變性，最終導致帕金森病。CHCHD2 突變既與晚發性常染色體顯性遺傳性帕金森病有關，又與散發型帕金森病有關。

3.22 PARK23(VPS13C)

VPS13C 基因定位于15q22.2，2016年通過全外顯子組測序首次發現VPS13C 突變導致早發型常染色體隱性帕金森病，VPS13C 編碼液泡蛋白分類蛋白，參與線粒體活動和囊泡運輸，在線粒體維持中發揮作用。VPS13C 功能的喪失也上調了PINK1/Parkin 依賴性的線粒體自噬，增加了線粒體對壓力的脆弱性，導致細胞系中線粒體碎裂，引起多巴胺能神經元凋亡，最終導致帕金森病，其特征是早期認知能力下降和疾病快速進展。

4 基因治療

目前基因治療如：（1）通過調控SNCA 基因的轉錄和翻譯過程, 可有效降低α-syn 的表達水平, 減少α-syn 的積累和聚集體的形成。（2）酪氨酸（TH）、芳香族氨基酸脫羧酶（AADC）、GTP-環化水解酶1（GCH1）參與催化酪氨酸生成多巴胺，酶替代基因治療是通過在紋狀體表達多巴胺合成的關鍵酶來提高多巴胺含量，從而改善臨床癥狀，并減少口服藥物劑量。（3）腦源性神經營養因子（BDNF）、膠質源性神經營養因子(GDNF)及神經營養因子（NTN）對多巴胺神經元有營養保護作用，目前通過神經營養因子基因治療帕金森可能有一定的效果。